Введение к работе
Актуальность проблеми.
За последние два десятилетия на сети железных дорог России особо остро стоит вопрос снижения износа гребней колес и бокового износа рельсов в кривых участках пути. Мероприятия, проводимые для снижения износа, в основном, связаны с уменьшением коэффициента скольжения и увеличением твердости контактируемых материалов. В теоретическом плане проводятся исследования по учету нелинейности различных факторов, влияющих на относительное скольжение колеса по рельсу, которые в большей степени влияют на сцепные свойства колесных пар локомотивов и поперечную устойчивость движения экипажа. Однако, проводимые мероприятия не влияют на причину возникновения интенсивного износа гребней колес, а лишь воздействуют на физические компоненты, участвующие в механизме трущихся поверхностей. Существующие характеристики износа поверхности катания и гребней(факторы износа) не содержат в явном віще параметров ходовых частей и пути(ширина, зазор, радиус кривой) и для выявления их влияния на износ требуется большая вычислительная работа и трудоемкий анализ результатов счета.
Рассматриваемая диссертационная работа обеспечивает решение вопроса по оценке влияния геметрических параметров тележки и пути на износ контактируемых поверхностей колес и рельсов.
Введенные автором понятия плотности скольжения позволяют производить оценку влияния изменения указанных геометрических параметров на интенсивность износа поверхности катания и гребня колес в кривых и прямых участках пути, проектировать профили катания колес, способствующие снижению интенсивности их износа, с учетом параметров тележки и пути. Разработанные автором формулы подсчета удельных мощностей сил скольжения позволяют оценить изменение дополнительных сил сопротивления в зависимости от геометрических параметров тележки и пути.
Решение этих вопросов преобретает особую актуальность в свэи с рос-
—4—
том цен на энергоносители и стоимость колесных пар и рельсов, ростом трудозатрат на переточку поверхностей колесных пар и замеїгу рельсов.
Диссертация представляет собой научную квалификационную работу, в которой на основании выполненных исследований изложены научно обоснованные технические решения проблемы снижения износа колесных пар железнодорожного подвижного состава путем выбора рационального профиля поверхности катания колеса по разработанной математической модели. В работе теоретически и экспериментально проведена оценка влияния сужения колеи на износ поверхности колес, проведена оценка роста мощности сил скольжения от сужения колеи.
Цель работы состоит в выяснении причин возникновения интенсивного износа гребней колес, определении основных параметров тележки и пути, влияющих на износ гребней и поверхностей колес и рельсов, определении удельной мощности сил скольжения, выработке рекомендаций по уменьшению износа поверхностей катания и улучшению динамических характеристик экипажа на основе единой методики.
Решение этой проблемы состоит в:
-
уточнении свойств движения тележки с жесткой рамой в кривых участках пути;
-
уточнении свойств движения колесной пары в жесткой раме при поперечном перемещении ее из центрального состояния;
-
получении характеристики износа поверхности катания и гребня в прямых и кривых участках пути в зависимости от геометрических параметров тележки и пути;
-
проектировании профилей катания колес, уменьшающих износ;
-
выводе кинематических уравнений движения колесной пары с криволинейным профилем;
-
экспериментальной проверке износостойкости колес с новыми профилями и сравнении ее с износостойкостью колес с стандартным профилем;
-
сравнительной экспериментальной проверке динамических параметров ходовых частей и проверке их на существующих математических моделях;
—5—
8) выработке рекомендаций по совершенствованию конструкции тележки, способствующей уменьшению износа поверхности катания и улучшению динамических качеств.
Научная новизна диссертации заключается в:
-
введении нового понятия "плотности скольжения поверхности катания и гребня", позволившего осуществить вывод аналитических выражений, оценивающих влияние параметров тележки, профиля колеса и пути на износ контактируемых поверхностей;
-
выводе аналитических выражений удельной мощности сил скольжения в прямых участках пути с учетом контакта гребня с рельсом и без контакта и таких же зависимостей для кривых;
-
обосновании и обобщении рекомендаций по проектированию профилей поверхности катания железнодорожных колес; предложении нового уравнения криволинейного профиля и проектировании профилей на основании этого уравнения, способствующих уменьшению износа поверхности катання и гребня;
-
доказательстве прочности движения колесной пары и двухосной тележки и создании математической модели описания движения тележки с радиальной установкой колесных пар без использования гипотезы Картера.
Научная ценность работы определяется созданием теоретического метода оценки влияния геометрических параметров тележки и пути на износ поверхности катания и гребня колеса при движении экипажа в прямом и кривом участках пути; обоснованием и созданием математической модели движения тележки с радиальной установкой колесных пар без использыва-ния сил крипа; выработкой методики проектирования профилей катания ж.д.колес и предложением нового уравнения криволинейного профиля.
Практическая ценность. Выполнение исследования позволили аналитически оценивать влияние параметров тележек и пути на износостойкость профилей поверхности катания колес и проектировать новые профили, обеспечивающие движение двухосной тележки без контакта гребней колес с рельсами.
В результате проведенных исследований выработаны рекомендации по проектированию профилей колес и тележек с радиальной установкой колесных пар.
Применение профилей, разработанных автором, для магистральных железных дорог и метрополитена позволяет увеличить пробег между переточками в 2-3 раза, уменьшить боковой износ рельсов в кривых, уменьшить сопротивление движению экипажей, тем самым снижать расход топлива к электроэнергии.
Предложенная математическая модель движения тележки с радиальной установкой колесных пар, позволяет оценить влияние параметров подрес-соривания в горизонтальной плоскости на динамические качества ходовых частей.
Реализация работы.
Внедрен в эксплуатацию конический профиль с увеличенной конусностью
на ж.д. путях горонообогатительных комбинатов;
на тележках банковских вагонов;
в пассажирском депо Москва-3.
Результаты внедрены
при разработке изменений и дополнений в ПТЭ(приказ МПС N-бЦ от 6 марта 1996г.-,
при разработке ремонтных профилей колес грузовых вагонов N Н-11367 от 25.10.95 г, N М-1002 от 29.12.95 г;
в указаниях ЦЛ МПС о расширении эксплуатационной проверки колесных пар с профилем катания, разработанном в MHHTe(N-23 ЦЛПВ от 05.04.93г., N-23 ЦЛПВ от 20.06.95г.)
при разработке ремонтного профиля колес пассажирского вагона N К-4188 от 27.05.97 г.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на:
научно-техническом совете МПС РФ, 1990 г.;
научно-технических семинарах МИИТа "недели науки"(1994-1997 гг.);
—7—
научном семинаре "Теория устойчивости динамических процессов" РГО-ТУПС (1996,1997 гг.);
международном симпозиуме " Безопасность первозочных процессов", Москва, 1995 г.;
9-ой международной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта', Днепропетровск, 1996 г.;
2-ой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта", посвященной 100-летию МИИТа, Москва, 1996 г.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 11 печатных работах опубликованных в журнале "Железнодорожный транспорт", в трудах МГУ ПС и РГОТУПС, а также в тезисах докладов на научных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Материал диссертации изложен на л-7 страницах машинописного текста, содержит <Э таблиц и ОС рисунков, список литературы из /^/названий.
